Au索烃电子结构与光谱性质

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摘要: 采用DFT和 TD-DFT方法，研究Au5S5、Au6S6、Au10S10、Au11S11和Au12S12的几何结构、前线分子轨道、能量分解、紫外-可见吸收光谱。研究表明：随着Au、S原子数的增加，Au-S和Au- Au键长最大值和最小值的差值逐渐减小，说明原子间弱相互作用增大电子均匀分布趋势，Au10S10、Au11S11和Au12S12比Au5S5、Au5S6¬更加稳定。通过能量分解进一步研究Au10S10、Au11S11和Au12S12的稳定性，表明随着Au、S原子数的增加，∆Eelsta的比例逐渐减小，∆Eorb的比例逐渐增加，总键能增加，Au10S10、Au11S11和Au12S12的稳定性逐渐增加. 通过SAOP/TZ2P方法、半峰宽为2500nm时Au11S11的计算值与实验值的拟合较好。57027

毕业论文关键词： Au索烃，前线分子轨道，能量分解分析，电子吸收光谱，密度泛函理论

Abstract：The geometry, the frontier molecular orbitals, energy decomposition analysis and UV - visible absorption spectrum of Au5S5, Au6S6, Au10S10 , Au11S11 and Au12S12 were investigated using density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) methods. Results show that the Au-S and Au-Au bond length difference,between the maximum and minimum values, is gradually reduced with the increasing of the number of Au and S atoms, indicating a weak interaction between atoms increases the trend of electron distribution and Au10S10, Au11S11 and Au12S12 are more stable than Au5S5, Au5S6 . Though further energy decomposition analysis study of stability of Au10S10, Au11S11 and Au12S12 , revealing that with the increasing of Au and S atoms , the ratio of ΔEelsta decreases gradually , the proportion of ΔEorb increases gradually , total bond energy increased , the stability of Au10S10, Au11S11 and Au12S12 increases gradually . Using SAOP/TZ2P method and 2500nm FWHM the calculated of Au11S11 is fitted with the experimental values.

Keywords：Au catenane , the frontier molecular orbital, the energy decomposition analysis , electronic absorption spectra , density functional theory

1. 前言 6

2. 计算方法 7

3. 结果与讨论 8

3.1. 几何结构 8

3.2. 前线分子轨道 10

3.3. 能量分解分析 11

3.4. 紫外-可见吸收光谱 12

结论 17

参考文献 18

致谢 19

1. 前言

在二十世纪六十年代初，Frisch等人首次将立体化学和拓扑学关联在一起，并命名为化学拓扑学。拓扑学异构体的一个重要实例就是索烃[1]。索烃由两个或多个互锁环所组成，是一类极为有趣的分子体系。人们对于这类分子体系感兴趣的原因，不仅因为它们具有漂亮而特殊的拓扑几何图形，更重要的还在于它们在超分子识别及分子电子器件材料等方面的潜在应用价值。此外，通过确定这些分子体系的结构，还可以提供形成这些分子体系的有关生物学过程的极为重要的信息，这对于人们了解DNA分子体系复制、特殊部位重组和转录等生物学过程及人工合成特种仿生材料等极为有用。人们在研究DNA在促旋酶作用下拓扑形状变化过程中发现了DNA索烃。超分子化学自诞生以来，一直是化学领域里研究的热点。其中以大环为主体，其它分子或离子为客体，主客体之间通过“分子识别”自组装成的超分子体系更是超分子化学的一个重要组成部分，引起了化学家的极大关注。索烃就是其中两类主客体之间通过“分子识别”自组装而成的复杂却高度有序的功能超分子实体。